天然气管线平板闸阀设计选型平板闸阀是一个启闭动作为直线运动的阀门，它具有一个典型的垂直于流体的平板闭合元件，滑动切入流体而关闭。由于平板闸阀的闸板关闭时，没有楔式闸板关闭时所产生的楔紧力，所以相对而言操作更灵活、使用寿命更长，启闭力较小。广泛应用于然气、轻质油、化工、城建、环保等行业，作切断介质用，并适用于含硫（H2)重油、排污及放空等系统以及流速快、杂质多、腐蚀严重的天然气长输管线。

天然气管线平板闸阀设计选型平板闸阀（图2-6)是一种关闭件为平行闸板的滑动阀。其关闭件可以是单闸板或是中间带有撑开机对于单闸板的平板闸阀而言，闸板与阀座间密封比压的形成，是由介质压力推动浮动阀座产生的。对于双闸板平板闸阀，两闸板间的撑开机构可以形成预紧比压，以补充密封比压。平板闸阀能很好地适用于清洁流体。如果介质中夹带有固体颗粒，则会加剧密封面的磨损，造成泄漏。阀座带有弹簧负载的结构，能适应有明显的温度变化以及阀体可能变形的工况。

平板闸阀的优点是全开时，几乎等同于一段相同长度的管道，因此介质通过阀门的压力损失很小，阀门的流量系数（Cv值）很高。带导流孔的平板闸阀 [图2-6 (c)]安装在管路上还可直接用清管器进行清管。由于闸板是在两阀座面上滑动，因此平板闸阀也能使用于带悬浮颗粒的介质管路中。启闭中平板闸阀 的密封面实际上是自动定位的，阀座密封面一般不会受到阀体热变形的损坏，而且即使阀门在冷态下关闭，升温后其热伸长也不会使密封面受到过载。无导流孔的平板闸阀[图2-6 (a)],不要求闸板的关闭位置有较高的精度，因此可用阀门行程来控制其启闭位置。平板闸阀在阀门关闭时密封力会达到大值，同时阀门的压力损失也会接近大值，但相互作用时的密封区域，只是总密封区域的一部分。当闸板大致移动到阀门关闭位置的3/4时，介质易使闸板向阀座孔倾斜，此时，阀座孔与闸板外端就会发生磨损。为了保证密封力和允许范围内阀座的磨损量，因此要综合考虑，设计出合适的阀座度。带导流孔的平板闸阀，其流量特性等于同规格的管道，呈等百分比特性。不带导流孔的平板闸阀，其中腔跨度较楔式闸阀小，且属于规则的圆柱体，所以，基本上除压力损失较带导流孔的大外，其余特性基本相近。阀门开度Cv特性曲线及带导流孔型平板 闸阀的DN-CV曲线分别如图2-15和图2-16所示。

(1)天然气管线平板闸阀设计选型无导流孔单闸板平板闸阀

上海申弘阀门有限公司主营阀门有：截止阀,电动截止阀图2-17所示为无导流孔平行式单闸板闸阀。该阀采用阀座顺流浮动，弹簧预紧自动密封结构，启闭力小，工作压力越高，密封性能越好，闸板与阀座的密封有金属密封和软密封两种双重密封，金属密封设有密封脂注人机构。主要采用碳素钢、不锈耐酸钢、合金钢等材料制造。连接形式为法兰连接，法兰连接尺寸可选用GB、JB、HG、ASME等标准法兰。可适用于石油、石油产品、天然气、煤气、化工、环保等输送管线及放空系统和油、气储存设备上作启闭装置，抗硫型符合GB/T 20972、NACE MR0175等标准的规定。

(2)无导流孔双闸板平板闸阀

如图2-18〜图2-21所示，平行式双闸板闸阀， 可分成自动密封式（图2-18)和撑开式两种结构。撑开式平行双闸板常用的结构又分为顶楔式（图2-19、图2-20)和双斜面式（图2-21)两种结构。

自动密封式是依靠弹簧作用力撑开两闸板，与两阀座形成预紧比压，同时在介质压力作用下形成密封比压，实现密封。撑开式是依靠楔顶或楔块撑开两块闸板，与两阀座形成强制密封比压，实现密封。

无导流孔双闸板平板闸阀阀座与阀体的连接有两种形式，一种为胀接式，一种为焊接式。此种阀门一 般都带有阀杆上密封，在开启状态下保护填料不受介质压力；阀杆螺母处装有推力轴承，以减轻操作转矩；与管道的连接方式一般有法兰连接和对焊连接两种连接形式。尺寸规格与标准闸阀相同。

图2-22所示为组合密封式双闸板平行闸阀，在弹簧加载的双闸板之间设计出楔面结构。由弹簧提供的初始密封预紧力，再由阀杆进一步施加楔紧力，推动楔面使两个闸板分开，压向两个阀座上形成强制密封。这种类型的阀门同时密封两个阀座。
(3)带导流孔单闸板平板闸阀

带导流孔平板闸阀（图2-23)的阀座为活塞浮动式，通常由金属和非金属两种不同的材料组成，即将高弹性体的合成橡胶或聚四氟乙烯等软质材料镶嵌于不锈钢或者带防腐镀层（如ENP等）锻钢件支承圈中，形成软密封对金属和金属对金属的双重密封。闸 板采用不锈钢、碳素钢或者合金钢锻件表面ENP或堆焊硬质合金制成，闸板的下部有一个和公称尺寸相等的导流孔，阀门全开时，闸板上的导流孔与阀座孔贯通，同时与阀座面密封了阀体的腔室而防止固体颗粒进人。浮动阀座的密封可实现双截断与泄放功能 (DBB)。如果阀座密封在使用中失效，则可通过向密封面注入密封脂进行临时应急密封。通常在阀体的下部还设有排污螺塞，打开排污螺塞可以清除体腔内的污垢。填料函部位可以注入密封脂，这样既可能保证阀杆密封可靠，又能为阀杆提供润滑。该阀密封性能良好，操作方便、灵活、省力、流阻系数小，便于清管扫线，使用寿命长，适用于石油、石油产品、天然 气、煤气、水等介质，抗硫型符合GB/T 20972、 NACE MR0175等标准的规定。图2-24所示为井口装置用带导流孔平板闸阀。

(4)带导流孔双闸板平板闸阀

图2-25所示为带导流孔双闸板平板闸阀。它依靠固定在阀体上的阀座和两块楔形对楔形的闸板组成密封副。在整个启闭过程中闸板始终不脱离阀座密封面，使介质不致进入阀体下腔内。吹扫管可清除阀体内的脏物。两块楔式闸板依靠其上的三个销钉和挂钩 连接在一起。与管道的连接形式多为法兰连接，法兰连接尺寸可选用GB、JB、HG、ASME等标准法兰。 适用于石油、天然气管线上，并能在全开状态下进行清管扫线。

(5)燃气管线用平板闸阀

图2-26〜图2-28所示为燃气暗杆平板闸阀常用结构，即通过旋转阀杆带动阀杆螺母及闸板一起升降。限位由阀杆螺母的位置来定，可大大节省安装和操作空间。可分为无导流孔，带导流孔，单闸板，双闸板形式。适用于石油、天然气、水等介质输送管道 的切断或流通排放，广泛应用于天然气、石油、化工、电力、商业、冶金、纺织及油库等行业。

(6)    暗杆开启后便于清管扫线。主要适用石油、天然气的井口装置。抗硫 型符合GB/T 20972、NACE MR0175等标准的规定。

(7)    出料阀

出料阀如图2-31所示，是渣浆类耐磨阀新产品。 主要用于电厂、钢厂、矿山、建材等行业输送干灰、 料水混合物、泥浆、水泥混合物、矿浆用。该阀使用温度不高于425°C;介质的灰（渣）水比为1:1.5， 粒度不大于50mm。出料阀采用*新技术、新工艺、新材料、新结构，克服了传统排渣闸阀、浆渣刀闸阀密封面易冲蚀、使用寿命短的致命缺陷，大大提高了该阀门的使用寿命，较传统排渣闸阀、浆渣刀闸阀使用寿命提高2〜3倍，是一种具有较高的社会价值、经济、耐用的产品。

结构特点：

①具有自清扫功能，能自动清除密封面结垢， 确保密封效果。

②弹簧预压及自动补偿，形成双面强制密封。 无论在介质进口端或出口端，闸板与阀座密封面都是密封的。阀门关闭后，介质不会进入中腔，不会造成阀门中腔积灰和堵塞，使阀门启闭不发生卡阻。

③全通径设计，阀门开启后与管道形成一完整的直线通道，灰渣无法残留、附着和堆积。

(8)高温平板闸阀

①高温平板闸阀结构组成高温平板闸阀工作状态下是全开或全关的。闸板是一块两面平行的金属板，阀道由2个环状弹性的非金属密封圈组成，通过调节连接2个密封面之间的螺栓，来调节闸板与密封面之间的适当比压，使其紧密接触达到密封。阀门的 操作机构具有气动和手动两种方式，图2-32为气动高温平板闸阀结构简图。

a.    阀体。高温平板闸阀的阀体由入口阀体与出口阀体两部分组成。两阀体端部各自与管道法兰相连。在入口阀体上有4个闸板吹扫蒸汽士入口，开口位置沿阀体径向均匀分布。

b.    闸板。闸板为“8”字盲板形光滑平板状，闸板插进阀道两个密封面之间，无论是全开或全关，闸板与密封圈始终是*紧密接触的，以保护密封面不受流体冲刷。闸板上布有6个圆孔，通过销轴与连接块配铰连接。闸板通过连接块的“T”形槽与阀杆头部连接。密封阀座的圈架结构能增强非金属密封圈的抗剪切力。

平板闸阀与管道连接法兰采用12Crl3合金缠绕式垫片，阀体与上下阀盖密封垫片为金属包石棉板(铁包陶纤毡）结构。

c.    阀杆。阀杆底部为“T”字形，与闸板上部 “T”形槽挂连，上端通过梯形螺纹与传动装置连接。

d.    密封圈及密封元件。高温平板闸阀的密封性能主要取决于阀道的非金属密封面，密封面由06Crl9Nil0的金属圈架对密封面进行定位，通过阀体连接螺栓来调整密封圈与闸板的密封比压。阀体上下端通过圆角矩形法兰分别与上下阀盖连接，阀体设有用于密封圈冷却的水套；通常，阀体冷却套的环形槽及冷却水进出口加工成形后再与密封环进行焊接， 两半阀体及密封封环的材质均为06Crl9Nil0。

e.    蒸汽吹扫与冷却。设置吹扫与冷却蒸汽的作用是防止闸板与密封面处沉积异物或催化剂，将开启闸板瞬间落入阀盖内的催化剂吹出，保证闸板能达到全关位置，同时可冷却闸板和密封面，增加使用寿命。

②高温平板闸阀的性能特点

a.    无论在全开或全关位置，密封圈始终与闸板紧密贴合，固体颗粒不会嵌进密封面中，避免密封面损伤。

b.    密封圈由柔性石墨压制而成，基本上能实现*密封。

c.    关闭阀门所需的力主要是克服闸板与密封圈之间的摩擦力，这个阻力在开关过程中变化较小，在初始和终了位置时增大的摩擦阻力能够起缓冲作用。

d.    结构简单，闸板与密封圈均不需要研磨，制造、安装、检修以及更换密封圈都很方便。

e.    不受高温热变形的影响，闸板与密封圈之间密封可靠，密封面不会咬死较大尺寸的平板闸阀（带浮动阀座的除外）的密封力在介质压力作用下可以变得很高，密封面之间的摩擦力就容易使闸板难以提升。因此，这种阀门经常提供旁路，旁路是在阀门开启之前用来泄放介质进口压力，减少进出口的压差，从而使阀门开启更加省力，亦可预热出口的管路。何时使用旁通还没有明确 的规定，要按生产商的建议使用。有些闸阀的标准上包含推荐使用的旁通的小公称尺寸。

在带有气体与蒸汽的环境下，例如水蒸气在下游系统中冷凝，下游系统的压力下降，这时旁路就应该比所提供的小尺寸大些。

普通的平板闸阀，液体热膨胀进入关闭阀门腔室中，就会使上游与下游的闸板更加紧密地接触，且使 阀腔中的压力上升。较高的密封力使闸板的开启更加困难，而阀腔内的压力就会很快造成阀盖法兰连接处的泄漏或者造成阀体的变形。因此，当这种阀用于热膨胀较大的介质时，必须提供有压力平衡的装置，使阀腔与上游管路接通。如果这种阀用于切断蒸汽，那么，当封闭的腔室内的冷凝液再蒸发时，也会使阀腔内压力增高。阀腔和上游管路开始均处于压力之下，并充满蒸汽。后蒸汽冷却，成为冷凝液，并部分被空气取代。

一旦重新工作，蒸汽就进入上游管路，由于上游阀座通常对上游压力密封不是很严，因而就在阀腔内流动。在开始时，当阀体和上游管路未达到蒸汽的饱和温度时，一部分新的蒸汽也会冷凝。

当达到饱和温度时，蒸汽就开始使冷凝液沸腾。 如果不提供压力平衡装置，膨胀的蒸汽就迫使闸板更紧密地与阀座接触，并使阀腔内压力上升。压力上升的幅度是随着水的温度和阀腔冲水程度而变化的。

压力平衡装置可以是在上游闸板上开孔或在其内部和外部布置。在一些阀门用于蒸汽时，是将旁通管与压力平衡管组合在一起。 为了提高辅助的密封载荷，以使金属密封的楔式闸阀既能保证高的介质压力密封，也能使低的介质压力密封。这样，金属密封的楔式闸阀所能达到的潜在密封程度就比普通的金属密封平板闸阀高。但是， 金属密封楔式闸阀由楔入作用所产生的进口端密封 载荷往往不足以达到进口端密封，故楔式闸阀为单面强制密封。

其缺点是楔式闸板不能像带导流孔的平板闸阀那样能设置导流孔，且阀杆的热膨胀也会使密封面过载。而且楔式闸阀比平板闸阀的密封面的阀板更容易夹杂流动介质中所带的固体颗粒。

避免中腔压力过高而发生事故。

带导流孔的闸板又分为常开型和常闭型，如图2-7所示。

常开型导流孔幵在闸板上方，常闭型导流孔开在闸板下方，为了保证顺时针转动手轮关闭阀门的原则，对常开型应选用右旋梯形螺纹阀杆，对常闭型选用左旋梯形螺纹阀杆。

平板闸阀的缺点是当介质压力低时，形成的密封 比压不足以达到金属密封面的密封必须比压，需要通过结构设计，增加预紧比压；相反当介质压力高时， 形成的密封比压可能又会过大，当密封副之间又缺少润滑时，启闭频繁就可能使密封面磨损过大。另一个不足是，闸板在切断高速和高密度介质流时，会产生剧烈振动。一般只能垂直安装在管道上。

密封性能：阀座设计成双0形圈及弹簧加载结构。无论是高压、低压均能提供很好的密封， PTFE (聚四氟乙烯）软密封提供基本的密封，当 PTFE被破坏后可通过闸板和阀座金属接触提供第 二道密封。

双阻断泄放功能（图2-8):当阀门打开或关闭时，阀门中腔不会泄漏来自上游和下游的介质，便于中腔排放和检漏。

中腔排放和检漏。

防火设计（图2-9):当〇形圈和PTFE被烧毁 后，在流体压力作用下闸板与阀座、阀座与阀体形成金属密封，从而将流体隔断，此外，因中法兰垫片和填料均采用石墨和金属材质，从而防止外漏。自泄压功能（图2-10):当中腔压力较高时，在中腔流体作用下，会将浮动阀座压向阀座槽内，从而紧急注脂和润滑系统（图2-11):平板闸阀设有阀座和阀杆紧急注脂和润滑装置，当在紧急情况下需要密封阀座和阀杆时，通过注脂枪注入密封脂；或在某些恶劣使用条件下，可通过注脂枪给阀座和阀杆注入润滑脂。

平行式闸板两密封面相互平行，并有平行式单闸板和平行式双闸板之分。平行式双闸板，可分成自动密封式和撑开式两种结构。

(1)    平行单闸板

平行单闸板[图2-12 (a)]为两面磨光的一块平板，其结构简单，加工方便，但不能靠其自身结构达到强制密封，所以当闸板两侧压力差较小时，闸板与阀座间的密封性能就大为降低。因此必须在阀体、阀 座上采用固定或浮动的软质密封材料来增加其在压差 较小时的密封性能。只适用于中、低压，大、中口径 的油类或煤气、天然气管道。

(2)    自动密封式平行双闸板

自动密封式平行双闸板闸阀[图2-12 (b)]是依靠介质的压力将闸板压向出口侧阀座密封面，达致1单面密封目的。若介质压力较低时，则其密封性不易保证。为此，可在两块闸板之间加人预紧弹簧，阀门关闭时，弹簧被压缩，依靠弹簧预紧力辅助实现密封。 这样虽然闸板启闭时，易于清除密封面上积垢，但增加了摩擦，所以密封面易擦伤和磨损，降低了使用寿命。

(3)    撑开式平行双闸板

撑开式平行双闸板常用的结构有顶楔式和双斜面式两种结构，顶楔式分为上顶楔、下顶楔两种。

上顶楔式如图2-12 (c)所示，在两闸板间装设顶楔，顶楔与阀杆相连，当关闭闸阀时，闸板降至阀体底部，阀杆继续推动顶楔向下移动，利用顶楔的楔紧力，迫使两闸板向两侧撑开，两侧密封面分别与相应的阀座压紧，形成密封比压。开启阀门时，阀杆首 先带动顶楔上移，解除顶楔对闸板的压力，使闸板与阀座稍稍分离，再带动闸板上移，达到开启目的。由于闸板与阀座间几乎无摩擦，因而不易被擦伤和磨损。多用于低压，中小口径的闸阀。下顶楔式与上顶楔式相同之处是在两闸板间也设有顶楔装置，不同的是装设的顶楔方向与上顶楔相反，见图2-12 (d)。当关闭闸阀时，阀杆带动闸板下移，下移至一定位置时，下顶楔首先与阀体底部接触，此时阀杆可继续带动闸板下移，在下顶楔的作用下，两闸板被撑开，两侧密封面分别与相应的阀座压 紧，形成密封比压。当需开启时，顶楔靠自重落下固定在双闸板之间，双闸板脱开阀座，随阀杆上移实现幵启。其缺点是下顶楔如设计不当或阀杆关闭时作用力过大，致使开启时下顶楔未能脱离闸板，易造成阀门开启力矩增大。双斜面结构如图2-12 (e)所示，由带有相互配合斜面的主、副两块闸板构成，主闸板和副闸板之间设有一连杆摆块机构，连杆摆块机构两端通过销轴分别与主、副闸板连接。当需要关闭阀门时，阀杆带动副闸板运行至全关位置被阀体内腔底部的限位台阶限位，主闸板在阀杆推力作用下继续运动，在斜面的作用下，主、副闸板撑开，压紧阀座密封面，形成密封比压，使阀门密封。同时，主闸板上的销轴带动连杆摆动，使连杆上的摆块脱离导向筋。避免连杆摆块机 构干涉闸板的撑开运动。开启时，阀杆带动主闸板移动，主闸板上的销轴带动连杆回摆，此时副闸板不动。主闸板继续移动，连杆上的摆块与导向筋接触， 此时副闸板在连杆摆块机构与闸板斜面的作用下向主闸板靠拢并与主闸板一起被提升，使阀门达到开启。 这种结构既能很好地实现密封，又大大降低了闸板与阀座的磨损，延长了寿命，因而被广泛采用，其结构也在不断变化。

2.3.3密封原理

(1)    平行单闸板闸阀

其密封原理如图2-13所示。

如图2-13 (a)所示，当阀内部压力相当时，闸板处于关闭状态，阀座表面PTFE密封环形成初始密 封，当阀门开启时，阀座圈能自动清洁闸板两侧的附着物。如图2-13 (b)所示，阀门处于关闭状态，介质压力作用于闸板，推动闸板贴近出口端阀座上的PT-

FE环，压缩它直到闸板与阀座上金属密封面吻合，这样就形成了双重密封，首先是PTFE对金属密封，然后是金属对金属密封，出口端阀座也被推向阀体的阀座槽内，通过后部的0形密封圈阻止任何后部介质流。

如图2-13 (c)所示，阀腔压力释放后，形成进 口密封，管道压力作用于进口阀座，推动其压向闸板，这时形成PTFE对金属密封，同时0形圈与阀座槽形成紧密的密封。如图2-13 (d)所示，阀门自动泄压。由于热膨胀或其他因素，造成阀腔压力大于管道压力时，进口 端阀座会在中腔压力作用下缩回阀座槽内，阀腔内压力与进口端管道压力平衡。

(2)自动密封式平行双闸板闸阀

简单有效的自动密封式平行双闸板闸阀结构是采用图2-14所示的弹簧式结构。其关闭件由两块闸板组成，中间装有弹簧。这些弹簧的作用是保持与上、下游的密封面滑动接触并在低压力时增进密封 力。闸板被限制在带状孔内，目的是当处于全启位置时，不会无限制地撑开。

但弹簧的作用常常不是像假设的那样，使两密封面借此均达到压力密封，为此就需要一个非常大的弹 簧，无论如何，这是没有必要的。所以中间带弹簧的自动密封式平行双闸板闸阀，在介质压力不足以克服弹簧作用力时，属于双面强制密封；但当介质压力足以克服弹簧作用力，并推动闸板向出口端压紧时，就成了单面强制密封，此时弹簧的作用主要是预防闸板 的颤动。在蒸汽管道或使用在温度有明显变化的其他场合，由于材料的不同及截面的变化，不可避免地会产生不同的膨胀，它将引起一定的变形。应当注意的是，在两块闸板自由伸缩时，弹簧也应随着伸缩。

(3)撑开式平行双闸板

撑开式平行双闸板闸阀结构如图2-12 (c)〜（e) 所示，三种结构形式虽有所不同，但其密封原理都是通过两闸板间的楔顶或楔块，迫使两闸板向两侧撑开，两侧密封面与各自阀座间滑动接触并产生预紧比压，关闭力越大密封比压越大，保证进出口端同时密封；属于双面强制密封。与本文相关的产品有不锈钢波纹管密封安全阀